專利名稱：超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多模式下接收機射頻前端芯片，特 別是涉及到多模式下實現(xiàn)可自動識別、抗干擾、高保密的射頻接收機前端芯片。
背景技術(shù)：
當前無線通信領(lǐng)域高速發(fā)展，用戶對于信息傳送的保密性和抗干擾性提出了更高 的要求。多模式無線通信已經(jīng)成為一種趨勢，在物聯(lián)網(wǎng)和手持設(shè)備發(fā)展迅速的今天，短距離 無線通信中頻段的使用不可避免的發(fā)生沖突；作為一種集成多模式的接收機芯片，必須能 夠快速的、自動的偵聽和識別頻段的狀態(tài)，保證通信的安全性?，F(xiàn)有的技術(shù)中普遍采用軟件 定義的方法來設(shè)置接收信號的頻段，但在軟件定義選擇模式的條件下，偵聽信號頻段和對 頻段已被占用或有干擾做出判斷較為困難，同時也不能自動完成搜索和利用空閑頻段來通
fn °傳統(tǒng)多模式無線通信接收機芯片，集成模塊大多采用多個低噪聲放大器、增益可 控放大器、混頻器、濾波器來實現(xiàn)多通道，通過選擇通道進行通信，芯片模塊多，電路功耗 大、尺寸大、可靠性較差。

發(fā)明內(nèi)容
針對當前多模式無線通信射頻前端芯片抗干擾、低功耗、保密性、可靠性方面存在 的問題，本發(fā)明提供了一種全新的、基于雙鏈路、實現(xiàn)自動搜索和鎖定信號頻段的多模式接 收機前端芯片。在多模式通信情況下，解決頻段沖突或干擾存在的問題，簡化芯片集成模 塊，增強可靠性；使得集成的芯片具有動態(tài)可重構(gòu)、超寬帶、多模式、抗干擾、低功耗、面積小 的特性。本發(fā)明提出的多模式接收機前端芯片系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，具體如下1)接收機前端芯片輸入端通過片外寬帶帶通濾波器連接到天線，天線將接收到的 射頻信號輸入寬帶帶通濾波器，信號經(jīng)濾波后再進入接收機前端芯片。該天線和帶通濾器 是超寬帶的，頻帶范圍超過幾個GHz以上，使得芯片可以同時接收到多個頻段的信號，在很 寬的頻帶范圍內(nèi)達到多頻段共存的目的。2)接收機前端芯片采用雙鏈路結(jié)構(gòu)，分為“工作主鏈路”與“偵聽和識別鏈路”。天 線接收到的射頻信號經(jīng)濾波器輸入芯片后，同時進入到工作主鏈路與偵聽和識別鏈路。偵 聽和識別鏈路為輔助電路，該鏈路對同時輸入的多個頻段的多種信號進行檢測，并做出頻 段選擇和判定，然后配置主鏈路控制模塊來控制工作主鏈路的工作頻段。在偵聽和識別鏈 路做出判定并且配置好主鏈路控制模塊后，工作主鏈路開始工作，將對鎖定頻段內(nèi)的信號 進行信號處理，最后由數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，輸入數(shù)字基帶處理。數(shù)字基帶可以對信號 進行密鑰驗證，反饋驗證結(jié)果給偵聽和識別鏈路處理。3)偵聽和識別鏈路包括的模塊寬帶低噪聲放大器、信號偵聽器、頻帶鎖定器、信 號識別器、主連路控制器，5個模塊之間的架構(gòu)關(guān)系如下
A、配置一個寬帶低噪聲放大器，該寬帶低噪聲放大器可以在很寬的頻帶上工作， 同時對多個頻段上多種信號進行放大。該寬帶低噪聲放大器輸入端連接到芯片輸入端，對 片外濾波器輸入到芯片的射頻信號進行放大，放大后的信號輸出到下一級的信號偵聽器輸 入端。B、配置一個信號偵聽器，該偵聽器對經(jīng)過寬帶低噪聲放大器放大后的信號進行頻 段搜索。采用加密的頻段跳躍算法搜索多個頻段，對頻段上的信號偵聽。當在某約定的頻 段上，通過檢測信號能量的大小，來判定是否為有效信號，定位出有效信號的頻段位置，將 頻段位置信息和射頻信號輸出到下一級的頻帶鎖定器的輸入端。該偵聽器輸入端連接到前 一級低噪聲放大器的輸出端，該偵聽器的輸出端連接到下一級頻帶鎖定器的輸入端。該信 號偵聽器接收后級信號識別器和基帶密鑰驗證結(jié)果的反饋信號，若后級信號識別器和基帶 密鑰驗證結(jié)果的反饋“頻段已經(jīng)鎖定”，則偵聽完成；若反饋頻段未鎖定，偵聽器繼續(xù)偵聽。 反饋信號由信號識別器和密鑰檢驗結(jié)果輸入到信號偵聽器控制端。C、配置一個頻帶鎖定器，該頻帶鎖定器根據(jù)頻段位置信息將指定頻段外的信號濾 除，實現(xiàn)某頻段上信號的鎖定，將濾波后的射頻信號和頻段位置信息輸出到下一級。該鎖定 器的輸入端連接到前一級偵聽器的輸出端，該鎖定器的輸出端連接到下一級信號識別器的 輸入端。D、配置一個信號識別器，該信號識別器的輸入端連接到上一級頻帶鎖定器的輸出 端，對經(jīng)過前一級頻帶鎖定器濾波后的信號進行包絡(luò)檢測，初步判斷是干擾或是有效信號； 若判定是有效信號，則進入下一步主鏈路控制器；若判定是干擾信號，則反饋結(jié)果給信號偵 聽器。該信號識別器的反饋輸出端連接到前級信號偵聽器的控制輸入端。該信號識別器將 判定為有效信號的頻段信息輸入到主鏈路控制器，該輸出端連接到下一級的主鏈路控制器 輸入端。E配置一個主鏈路控制器，該主鏈路控制器根據(jù)基帶輸入端的信息或前一級信號 識別器判定結(jié)果，配置控制信號；然后輸出控制信號，對工作主鏈路的各個模塊工作參數(shù)進 行配置。該主鏈路控制器的輸入端連接到前一級的信號識別器的輸出端和芯片“數(shù)字基帶 控制信號”輸入端，該主鏈路的輸出端連接到相對應(yīng)的各個工作主鏈路模塊的控制輸入端。4)工作主鏈路包括的模塊低噪聲放大器、混頻器、頻率綜合器、90°移相器、I/Q 兩路相位/增益校準器、復(fù)數(shù)濾波器、增益可控放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，11個模塊之間的架構(gòu) 關(guān)系A(chǔ)、配置一個中心頻率可調(diào)的低噪聲放大器，該低噪聲放大器是根據(jù)偵聽和識別鏈 路中的主鏈路控制器輸入的控制信號，配置低噪聲放大器的工作頻段，該低噪聲放大器的 控制端連接到相應(yīng)的主鏈路控制器的輸出端。對經(jīng)過片外濾波器濾波的射頻輸入信號進行 低噪聲的放大，該低噪聲放大器的輸入端連接到芯片的輸入端，輸出端分兩路連接到下一 級兩個混頻器的輸入端。B、配置一個頻率綜合器，根據(jù)控制端輸入信號來配置產(chǎn)生混頻器所需的時鐘，該 頻率綜合器的控制輸入端連接到相應(yīng)的主鏈路控制器輸出端。頻率綜合器的輸出時鐘，一 路信號直接輸入混頻器I的本振輸入端；另一路輸入到90°移相器。另外，頻率綜合器有 一路時鐘輸出到后級的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作時鐘輸入端。C、配置一個90°移相器，該90°移相器對輸入時鐘移相90°，由頻率綜合器輸入移相鐘，輸出端連接到混頻器Q的本振輸入端。D、配置I/Q兩路的兩個混頻器混頻器I和混頻器Q，要求兩個混頻器可以在一個 很寬的頻帶即多個頻段上工作?；祛l器I和混頻器Q的本振輸入端連接到頻率綜合器和 90°移相器的輸出端?；祛l器I和混頻器Q的射頻輸入端連接前一級低噪聲放大器的輸出 端?；祛l器I和混頻器Q的輸出端連接到下一級I/Q兩路相位/增益校準器的輸入端。E、配置一個I/Q兩路相位/增益校準器，該校準器內(nèi)部分I/Q兩路工作，分別對經(jīng) 過前一級混頻器I和混頻器Q進行混頻后I，Q兩路信號進行相位和增益的校準，將校準后 的結(jié)果輸出到下一級的復(fù)數(shù)濾波器的輸入端。該校準器I，Q兩路的輸入端分別連接到相應(yīng) 的前一級混頻器的輸出端，輸出端分別連接到相應(yīng)的下一級復(fù)數(shù)濾波器輸入端。F、配置一個復(fù)數(shù)濾波器，復(fù)數(shù)濾波器由兩個并行的帶通濾波器組成，這兩個帶通 濾波器的工作頻段是相同的，并且工作頻段中心頻率可以根據(jù)需要進行配置，該濾波器的 濾波頻段選擇控制端。由主鏈路控制器相對應(yīng)的輸出信號進行控制。復(fù)數(shù)濾波器對前級經(jīng) 過校準后的I，Q兩路信號進行濾波，該復(fù)數(shù)濾波器的I，Q兩路的輸入端分別連接到相應(yīng)的 前一級相位/增益校準器的輸出端，I，Q輸出端連接到下一級相應(yīng)的增益可控放大器的輸 入端。G、配置兩個增益可控放大器I和Q，增益可控放大器是增益大小可以控制的放大 器，增益控制信號由相應(yīng)的主鏈路控制器輸出端口提供。兩個增益可控放大器的輸入端分 別連接到前一級復(fù)數(shù)濾波器的相應(yīng)的I路輸出和Q路輸出，兩個增益可控放大器I和Q的 輸出端分別連接到下一級的兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器I和Q的輸入端。H、配置兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器I和Q，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時鐘由頻率綜合器提供。模數(shù) 轉(zhuǎn)換器I和Q分別對前一級增益放大器輸出的I和Q兩路信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將量化后的 數(shù)字信號輸出，以供后面數(shù)字基帶模塊進行處理，兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器I和Q的輸入端連到前一 級增益放大器I和Q的輸出端，兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接到芯片的輸出端。本發(fā)明提出的多模式接收機前端芯片具有兩種工作模式硬件和軟件鎖定頻段的 方式，并有兩種工作流程。其中“工作流程1”如圖2所示1)天線將接收到的射頻信號輸入片外帶通濾波器，信號經(jīng)過帶通濾波器濾波進入 芯片輸入端。寬帶低噪聲放大器對輸入信號放大，然后輸入后一級信號偵聽器；2)信號偵聽器按照加密的頻段搜索算法，對信號進行能量大小進行檢測。若在約 定的頻段檢測出信號，則將信號頻段鎖定，將信號和鎖定頻段位置信息輸出給下一級頻帶 鎖定器；3)頻帶鎖定器根據(jù)上一級輸入的鎖定頻段位置，對經(jīng)低噪聲放大器放大后的射頻 信號進行濾波，濾出鎖定頻段外的信號。并將濾波后的信號和位置信息輸出給下一級信號 識別器；4)信號識別器對鎖定頻段的信號通過識別包絡(luò)等信息，初步判定鎖定頻段是否為 有效信號或是干擾。若是判定為干擾信號，則跳回步驟2)。若初步判定為有效信號，則進入 下一步，將鎖定頻段信息輸入下一級主鏈路控制器；5)主鏈路控制器根據(jù)鎖定頻段位置信息配置工作主鏈路工作在鎖定頻段上；6)工作主鏈路開始工作，將芯片輸入端信號經(jīng)低噪聲放大器放大，由混頻器分為L Q兩路，經(jīng)增益/相位校準器校準，再經(jīng)復(fù)數(shù)濾波器濾波，增益可控放大器放大，最后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供數(shù)字基帶模塊處理；7)數(shù)字基帶處理模塊采用密鑰對信號進行驗證，并將驗證信息反饋給信號偵聽 器。信號偵聽器接收密鑰驗證結(jié)果反饋信號，若反饋密鑰正確，則偵聽器完成工作；若反饋 密鑰不正確，則偵聽器繼續(xù)偵聽，跳回步驟2)；8)工作主鏈路和基帶組成射頻接收電路，開始接收數(shù)據(jù)。其“工作流程2”由基帶處理芯片輸出控制信號到主鏈路控制器，直接配置工作主鏈路中各個模塊 的參數(shù)，信號識別和偵聽鏈路停止工作，工作主鏈路和基帶處理芯片直接開始接收數(shù)據(jù)。該架構(gòu)和各個模塊的特點所述的寬帶低噪聲放大器具有很寬的帶寬，覆蓋所要接收信號的所有頻段，采用 共柵輸入的結(jié)構(gòu)，寬帶低噪聲放大器在寬頻帶內(nèi)同時保持最佳的阻抗匹配(與頻帶選擇性 有關(guān))和最低的噪聲系數(shù)。所述的信號偵聽器，采用加密算法來跳變頻段檢測信號，通過檢測頻段上信號能 量大小，判斷該頻段是否有信號，初步鎖定檢測頻段。所述的頻帶鎖定器具有濾波的功能，濾除鎖定頻段外的信號。該濾波器的帶通中 心頻率可以根據(jù)鎖定頻段位置調(diào)整。所述的信號識別器對鎖定頻段內(nèi)信號的包絡(luò)等檢測，做出初步判定是否為有效信號。所述的主鏈路控制器可以對工作主鏈路的各個模塊進行控制，設(shè)置模塊的工作參 數(shù)。該模塊根據(jù)信號識別器的判定信號來控制主鏈路工作模式，同時也可以直接接收數(shù)字 基帶的控制信號來設(shè)定主鏈路工作模式。所述的低噪聲放大器的工作頻段是可編程選擇的，通過主鏈路控制器設(shè)定其工作 頻段，其對工作頻段內(nèi)的信號進行放大，對頻段外的信號進行抑制。該低噪聲放大器的頻段 選擇通過對阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出電容陣列進行數(shù)字調(diào)諧來實現(xiàn)頻段選擇。所述的混頻器可以工作在很寬的頻段上，能夠滿足不同頻段的混頻要求。所述的I/Q兩路的兩個相位/增益失配校準器對混頻后的信號I，Q兩路信號的 相位、增益進行校準。所述的復(fù)數(shù)濾波器是中頻帶通濾波器，采用中心頻率可調(diào)的復(fù)數(shù)濾波 器；根據(jù)主鏈路控制器的設(shè)定濾波頻段，濾除鎖定頻段之外的信號。該濾波器是一個復(fù)數(shù)濾 波器，頻段選擇是可以編程實現(xiàn)的。相位/增益失配校準器和復(fù)數(shù)濾波器組合使用，使得系 統(tǒng)具有高鏡像抑制比。所述的增益可控放大器可根據(jù)主鏈路控制器的控制信號編程調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣頻率由頻率綜合器的輸出頻率決定。所述的密鑰檢驗是由后面的數(shù)字基帶模塊完成，工作主鏈路通過對鎖定頻段內(nèi)的 信號進行低噪聲放大、混頻、校準、濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，由數(shù)字基帶密鑰驗證并反饋 信號給信號識別器，判定是否需要重新鎖定頻段。所述的信號偵聽和識別鏈路鎖定信號頻段必須滿足3個條件第一、信號能量要 達到信號偵聽器設(shè)定的閾值；第二、載波頻率落到預(yù)先設(shè)定的頻段范圍內(nèi)；第三、通過數(shù)字 基帶密鑰驗證。所述的系統(tǒng)架構(gòu)頻段鎖住后，將時鐘頻率設(shè)置在該頻段的中心處，啟動射頻接收機工作主鏈路，信號經(jīng)主鏈路處理后，在基帶模塊進行密鑰驗證確定信號是否是有效信號， 如果是有效信號則接收機對數(shù)據(jù)進行接收，否則重新回到偵聽狀態(tài)。所述的信號偵聽和識 別鏈路在密鑰驗證正確后，停止工作；工作主鏈路啟動工作。所述的工作主鏈路，在偵聽和 識別鏈路未鎖定頻段前處于關(guān)斷狀態(tài)。所述的系統(tǒng)架構(gòu)也可以與普通多模式接收機芯片一樣，直接由數(shù)字基帶配置工作 主鏈路參數(shù)。本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)點該架構(gòu)增加了偵聽和識別鏈路，采用信號偵聽器、頻率鎖定器、信號識別器模塊來 對全頻段信號進行偵聽和識別，解決頻段使用沖突的問題，達到抗干擾的功能。數(shù)字基帶中 采用密鑰驗證，增強了信號傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄?。具有高鏡像抑制的優(yōu)點。采用低中頻架構(gòu)雖然有抗干擾能力強、集成度高等優(yōu)點， 但也有一個最大的缺點即鏡像信號的存在。射頻信號經(jīng)混頻器第一次變頻后，有效信號和 鏡像信號分別位于正頻率和負頻率處，若采用實數(shù)帶通濾波器，則無法濾除鏡像分量。常見 的片上抑制鏡像信號的結(jié)構(gòu)有=Hartley結(jié)構(gòu)、Weaver結(jié)構(gòu)和復(fù)數(shù)濾波器結(jié)構(gòu)，復(fù)數(shù)濾波器 雖然有很好的鏡像抑制作用，但正交兩路(I路和Q路)之間的幅度和相位的失配會嚴重影 響復(fù)數(shù)濾波器的鏡像抑制能力，因此在復(fù)數(shù)濾波器前加入I/Q幅度和相位校準來實現(xiàn)高鏡 像抑制。該系統(tǒng)架構(gòu)工作狀態(tài)處于偵聽階段時，工作主鏈路模塊不工作；當密鑰驗證通過 后，信號偵聽和識別鏈路不工作，工作主鏈路開始工作。采用鏈路交換工作方式，即兩鏈路 中只有一條鏈路工作，實現(xiàn)低功耗。一般的多模式芯片采用多模塊多通路，根據(jù)需要選擇某通道，這種結(jié)構(gòu)模塊多，模 塊之間的連接可靠性差。該架構(gòu)主鏈路為保證高性能，采用數(shù)字可編程窄帶接收方案，可對 低噪聲放大器、帶通濾波器、頻率綜合器等電路數(shù)字可編程，該架構(gòu)可以通過編程的方法， 在多模式頻段上工作。該系統(tǒng)架構(gòu)采用單通道工作鏈路和可編程的模塊實現(xiàn)多模式，具有 面積小，可靠性強的特點。射頻偵聽和信號識別及頻率鎖定鏈路需要處理寬帶信號，因此要求超寬帶的射頻 前端電路。寬帶低噪聲放大器采用共柵輸入結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器，因為共柵輸入結(jié)構(gòu)具有 良好的寬帶輸入阻抗匹配特性，并且具有線性度高，功耗低和輸入輸出隔離好的優(yōu)點。主鏈路控制器可以根據(jù)信號識別器的判定來控制主鏈路，同時也可以接收基帶控 制信號來編程控制，實現(xiàn)軟件和硬件兩種編程控制方式，增強了電路的靈活性。本發(fā)明通過信號偵聽和識別鏈路對很寬頻段的信號進行偵聽和識別，采用特定的 算法快速變換搜索頻段，鎖定頻段并判定鎖定頻段信號是否為有效信號，增強了信號的抗 干擾性。并且采用密鑰驗證的辦法，加強了通信的安全性和保密性。本發(fā)明中的工作主鏈路采用可編程的單通道實現(xiàn)多模式工作，解決傳統(tǒng)多模式需 多通道實現(xiàn)中的連接可靠性、芯片面積小、功耗大的問題。采用本發(fā)明架構(gòu)的前端芯片是完 全可以基于CMOS工藝來實現(xiàn)，芯片具有易于級聯(lián)或SOC集成，芯片集成度高，具有集成性好 的優(yōu)點，生產(chǎn)成本易于有效控制。本發(fā)明可以應(yīng)用于高保密、高安全、抗干擾的通信領(lǐng)域，可編程控制的工作主鏈 路，既可以硬件偵聽識別控制，也可以通過基帶軟件編程方式控制，提高了系統(tǒng)的靈活性。


圖1采用本發(fā)明的超寬帶多模式自動識別雙鏈路接收機的系統(tǒng)架構(gòu)原理框圖。圖中混頻器I和混頻器Q、增益可控放大器I和增益可控放大器Q、模數(shù)轉(zhuǎn)換器I 和模數(shù)轉(zhuǎn)換器Q分別代表射頻處理中常用的I支路和Q支路相對應(yīng)的模塊。圖中用虛線分 別框出了 “工作主鏈路”和“信號偵聽和識別鏈路”。圖2本發(fā)明架構(gòu)的接收機工作流程1的示意圖。圖3本發(fā)明的超寬帶多模式自動識別雙鏈路接收機實施例的基本構(gòu)件組成示意 圖。圖中標號101——低噪聲放大器，1021——混頻器I，1022——混頻器Q，103—— 頻率綜合器，104——90°相移器，105——I/Q兩路相位/增益失配校準，106——復(fù)數(shù)濾 波器，1071——增益可控放大器I，1072——增益可控放大器Q，1081——模數(shù)轉(zhuǎn)換器I， 1082——模數(shù)轉(zhuǎn)換器Q，109——寬帶低噪聲放大器，110——信號偵聽器，111——頻帶鎖定 器，112——信號識別器，113——主鏈路控制器，301——片外帶通濾波器，302——超寬帶 多模式自動識別雙鏈路接收機芯片，303——基帶處理芯片(SOC)。
具體實施例方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。圖3所 示為采用本發(fā)明的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收系統(tǒng)的基本構(gòu)件組成示意圖。它 包括射頻輸入端、片外帶通濾波器、采用本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)接收機芯片和基帶處理芯片； 其中基帶芯片除了具有I，Q兩路的信號處理基本功能外，還具有可以編程控制本發(fā)明芯片 中的主鏈路控制器和密鑰驗證功能。本發(fā)明的超寬帶多模式自動識別雙鏈路接收機芯片302實施例的基本構(gòu)件組成 如圖1所示，芯片302包括兩個工作鏈路“工作主鏈路”和“信號偵聽和識別鏈路”。工作 主鏈路包括12個模塊低噪聲放大器101，混頻器I 1021，混頻器Q 1022，頻率綜合器103， 90°相移器104，I/Q兩路的相位/增益失配校準器105，復(fù)數(shù)濾波器106，增益可控放大器I 1071，增益可控放大器Q 1072，模數(shù)轉(zhuǎn)換器11081，模數(shù)轉(zhuǎn)換器I 1082。信號偵聽和識別鏈 路包括5個模塊寬帶低噪聲放大器109，信號偵聽器110，頻帶鎖定器111，信號識別112， 主鏈路控制113。其連接關(guān)系按照前面“技術(shù)方案”中描述的架構(gòu)連接，芯片302射頻信號輸 入端接到低噪聲放大器101和寬帶低噪聲放大器109，寬帶低噪聲放大器109輸出端連接到 信號偵聽器110輸入端，信號偵聽器110的控制端口相應(yīng)的連接到芯片302的密鑰驗證端 輸入端和信號識別器的輸出端，信號偵聽器110的輸出端連接到頻帶鎖定111輸入端，頻帶 鎖定111輸出端連接到信號識別器112輸入端，信號識別器112輸出端一路控制信號偵聽 器110，信號識別器112另一輸出端輸出到主鏈路控制制器113。主鏈路控制器113另一輸 入端連接到芯片的數(shù)字基帶控制端。主鏈路控制制器113的輸出端，分別連接到工作主鏈 路中的低噪聲放大器101、頻率綜合器103、混頻器11021、混頻器Q 1022、復(fù)數(shù)濾波器106、 增益可控放大器I 1071、增益可控放大器Q 1072、模數(shù)轉(zhuǎn)換器1081和模數(shù)轉(zhuǎn)換器1082相 對應(yīng)的控制輸入端。低噪聲放大器101輸出端同時連接到混頻器11021和混頻器Q 1022， 混頻器11021本振輸入由頻率綜合器103輸出端連接提供，混頻器Q 1022本振輸入由90°相移器輸出端連接提供，此時產(chǎn)生的IQ兩路分別按順序輸入輸出相連接相位/增益控制 器105、復(fù)數(shù)濾波器106、增益可控制放大器1071 1072、模數(shù)轉(zhuǎn)換器1081 1082，最后輸出到 芯片外，進入基帶處理芯片(SOC) 303。芯片302的工作頻帶范圍為0. 5GHz 3. 7GHz，將頻段劃分為32個相同大小的 頻段，采用加密過的頻帶跳變算法來搜索頻段中的32個頻段。寬帶低噪聲放大器109設(shè) 計為0. 5GHz 4GHz的超寬帶低噪聲放大器，具有超寬帶的工作頻段信號偵聽器110將
0.5GHz 4GHz劃分為32個頻段，按照加密過的頻帶跳變算法方法搜索32個頻段，檢查信 號能量大小，設(shè)定合適大小的預(yù)值作為是否存在信號的閾值，假設(shè)鎖定頻段在。頻帶鎖定 器111濾除信號偵聽器110鎖定頻段1. IGHZ 1. 2GHz外的信號。信號識別器112設(shè)計為 檢測信號包絡(luò)，判定鎖定頻段內(nèi)的信號是否為有效信號，若鎖定正確，則信號識別器112將 GHz的頻段號輸出給出主鏈路控制器113。主鏈路控制器113此時已編好32個頻段對應(yīng)的 工作主鏈路模塊的參數(shù)組，選擇1. IGHz 1. 2對應(yīng)的第7個頻段號的參數(shù)組，輸出第7組 參數(shù)到工作主鏈路的低噪聲放大器101、頻率綜合器103、復(fù)數(shù)濾波器106、增益可控放大器 1071 1072。根據(jù)0.5GHz 3. 7GHz范圍內(nèi)劃為32個頻段的要求，低噪聲放大器101設(shè)計 為了中心頻率可調(diào)的低噪聲放大器，中心頻率點為32個頻段的中心，這時中心頻率設(shè)置在
1.15GHz，對在1. IGHz 1.2GHz頻段之內(nèi)的信號放大，對于該頻段之外的信號進行抑制?；?頻器要求工作在0. 5GHz 3. 7GHz，頻率綜合器分別產(chǎn)生0. 5GHz 4GHz范圍內(nèi)的32個頻 段的中心頻率，此時產(chǎn)生1. 15GHz的時鐘。經(jīng)過后級的相位/增益校準器105、復(fù)數(shù)濾波器 106、增益可控放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理，最后將0. 5GHz 3. 7GHz頻段內(nèi)經(jīng)過處理后的數(shù)字 信號輸入到數(shù)字基帶中。圖3中三部分的整體工作方式工作方式1 射頻輸入端從天線接收射頻信號，輸入片外帶通濾波器301 ；經(jīng)過片 外帶通濾波器301濾波，信號進入超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機芯片302。超寬 帶多模式自動識別鏈路射頻接收機芯片302按照“工作流程1”(如圖2所示)工作，芯片 302對輸入的信號進行偵聽和識別，鎖定頻段；頻段鎖定后配置系統(tǒng)工作主鏈路參數(shù)，然后 開始接收鎖定頻段內(nèi)的信號，對鎖定頻段內(nèi)的信號進行低噪聲放大、下變頻、濾波和放大， 最后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出到基帶處理芯片(SOC) 303。由基帶處理芯片(SOC) 303處理后，進 行密鑰驗證。并反饋驗證信號到芯片302中，若驗證通過，則停止偵聽和識別鏈路工作，芯 片302中的工作主鏈路和基帶處理芯片(SOC) 303組成接收通路，開始接收數(shù)據(jù)；否則偵聽 和識別鏈路重新搜索和鎖定頻段。工作方式2 芯片302按照“工作流程2”工作，基帶處理芯片303直接輸出基帶控 制信號到芯片302中，控制芯片302中的主鏈路控制器，配置芯片302中的工作主鏈路工作 參數(shù)。芯片302工作主鏈路在設(shè)定的頻段上工作，與基帶處理芯片303組成接收通路，開始 接收數(shù)據(jù)。采用工作方式2，本發(fā)明可以應(yīng)用于普通的多模式接收機前端。采用工作方式1， 本發(fā)明可以應(yīng)用于高速、保密性強、抗干擾性強的實時接收機前端。具有可靠性強、功耗低、 面積小的特點。
權(quán)利要求
超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特征在于所述接收機前端芯片輸入端通過片外寬帶帶通濾波器連接到天線，天線將接收到的射頻信號輸入寬帶帶通濾波器，信號經(jīng)濾波后再進入接收機前端芯片；所述接收機前端芯片采用雙鏈路結(jié)構(gòu)，分為“工作主鏈路”與“偵聽和識別鏈路”；天線接收到的射頻信號經(jīng)濾波器輸入接收機前端芯片后，同時進入到工作主鏈路與偵聽和識別鏈路；偵聽和識別鏈路為輔助電路，該鏈路對同時輸入的多個頻段的多種信號進行檢測，并做出頻段選擇和判定，然后配置主鏈路控制模塊來控制工作主鏈路的工作頻段；在偵聽和識別鏈路做出判定并且配置好主鏈路控制模塊后，工作主鏈路開始工作，將對鎖定頻段內(nèi)的信號進行信號處理，最后由數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，輸入數(shù)字基帶處理；數(shù)字基帶對信號進行密鑰驗證，反饋驗證結(jié)果給偵聽和識別鏈路處理；所述偵聽和識別鏈路包括寬帶低噪聲放大器、信號偵聽器、頻帶鎖定器、信號識別器、主連路控制器，其架構(gòu)關(guān)系如下A、寬帶低噪聲放大器，同時對多個頻段上多種信號進行放大；該寬帶低噪聲放大器輸入端連接到芯片輸入端，對片外濾波器輸入到芯片的射頻信號進行放大，放大后的信號輸出到下一級的信號偵聽器輸入端；B、信號偵聽器，對經(jīng)過寬帶低噪聲放大器放大后的信號進行頻段搜索；采用加密的頻段跳躍算法搜索多個頻段，并對頻段上的信號偵聽；當在某約定的頻段上，通過檢測信號能量的大小，來判定是否為有效信號，定位出有效信號的頻段位置，將頻段位置信息和射頻信號輸出到下一級的頻帶鎖定器的輸入端；該信號偵聽器輸入端連接到前一級低噪聲放大器的輸出端，該信號偵聽器的輸出端連接到下一級頻帶鎖定器的輸入端；該信號偵聽器接收后級信號識別器和基帶密鑰驗證結(jié)果的反饋信號，若后級信號識別器和基帶密鑰驗證結(jié)果的反饋“頻段已經(jīng)鎖定”，則偵聽完成；若反饋頻段未鎖定，信號偵聽器繼續(xù)偵聽；反饋信號由信號識別器和密鑰檢驗結(jié)果輸入到信號偵聽器控制端；C、頻帶鎖定器，根據(jù)頻段位置信息將指定頻段外的信號濾除，實現(xiàn)某頻段上信號的鎖定，將濾波后的射頻信號和頻段位置信息輸出到下一級；該頻帶鎖定器的輸入端連接到前一級偵聽器的輸出端，該頻帶鎖定器的輸出端連接到下一級信號識別器的輸入端；D、信號識別器，其輸入端連接到上一級頻帶鎖定器的輸出端，對經(jīng)過前一級頻帶鎖定器濾波后的信號進行包絡(luò)檢測，初步判斷是干擾或是有效信號；若判定是有效信號，則進入下一步主鏈路控制器；若判定是干擾信號，則反饋結(jié)果給信號偵聽器；該信號識別器的反饋輸出端連接到前級信號偵聽器的控制輸入端；該信號識別器將判定為有效信號的頻段信息輸入到主鏈路控制器，該輸出端連接到下一級的主鏈路控制器輸入端；E、主鏈路控制器，根據(jù)基帶輸入端的信息或前一級信號識別器判定結(jié)果，配置控制信號；然后輸出控制信號，對工作主鏈路的各個模塊工作參數(shù)進行配置；該主鏈路控制器的輸入端連接到前一級的信號識別器的輸出端和芯片“數(shù)字基帶控制信號”輸入端，該主鏈路的輸出端連接到相對應(yīng)的各個工作主鏈路模塊的控制輸入端。所述工作主鏈路包括低噪聲放大器、混頻器、頻率綜合器、90°移相器、I/Q兩路的兩個混頻器、I/Q兩路相位/增益校準器、復(fù)數(shù)濾波器、增益可控放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其架構(gòu)關(guān)系如下A、低噪聲放大器，其中心頻率可調(diào)；該低噪聲放大器根據(jù)偵聽和識別鏈路中的主鏈路控制器輸入的控制信號，配置低噪聲放大器的工作頻段；該低噪聲放大器的控制端連接到相應(yīng)的主鏈路控制器的輸出端，對經(jīng)過片外濾波器濾波的射頻輸入信號進行低噪聲的放大；該低噪聲放大器的輸入端連接到芯片的輸入端，輸出端分兩路連接到下一級兩個混頻器的輸入端；B、頻率綜合器，根據(jù)控制端輸入信號來配置產(chǎn)生混頻器所需的時鐘；該頻率綜合器的控制輸入端連接到相應(yīng)的主鏈路控制器輸出端；頻率綜合器的輸出時鐘，一路信號直接輸入混頻器I的本振輸入端，另一路輸入到90°移相器；另外，頻率綜合器有一路時鐘輸出到后級的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作時鐘輸入端；C、90°移相器，對輸入時鐘移相90°，由頻率綜合器輸入移相鐘，輸出端連接到混頻器Q的本振輸入端；D、I/Q兩路的兩個混頻器混頻器I和混頻器Q，混頻器I和混頻器Q的本振輸入端連接到頻率綜合器和90°移相器的輸出端；混頻器I和混頻器Q的射頻輸入端連接前一級低噪聲放大器的輸出端；混頻器I和混頻器Q的輸出端連接到下一級I/Q兩路相位/增益校準器的輸入端；E、I/Q兩路相位/增益校準器，其內(nèi)部分I/Q兩路工作，分別對經(jīng)過前一級混頻器I和混頻器Q進行混頻后I、Q兩路信號進行相位和增益的校準，將校準后的結(jié)果輸出到下一級的復(fù)數(shù)濾波器的輸入端；該校準器I、Q兩路的輸入端分別連接到相應(yīng)的前一級混頻器的輸出端，輸出端分別連接到相應(yīng)的下一級復(fù)數(shù)濾波器輸入端；F、復(fù)數(shù)濾波器，由兩個并行的帶通濾波器組成，這兩個帶通濾波器的工作頻段相同，并且工作頻段中心頻率根據(jù)需要進行配置；該復(fù)數(shù)濾波器的濾波頻段選擇控制端；由主鏈路控制器相對應(yīng)的輸出信號進行控制；該復(fù)數(shù)濾波器對前級經(jīng)過校準后的IQ兩路信號進行濾波，該復(fù)數(shù)濾波器的IQ兩路的輸入端分別連接到相應(yīng)的前一級相位/增益校準器的輸出端，IQ輸出端連接到下一級相應(yīng)的增益可控放大器的輸入端；G、兩個增益可控放大器I和Q，其增益大小可以控制，增益控制信號由相應(yīng)的主鏈路控制器輸出端口提供；該兩個增益可控放大器的輸入端分別連接到前一級復(fù)數(shù)濾波器的相應(yīng)的I路輸出和Q路輸出，該兩個增益可控放大器I和Q的輸出端分別連接到下一級的兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器I和Q的輸入端；H、兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器I和Q，其采樣時鐘由頻率綜合器提供；模數(shù)轉(zhuǎn)換器I和Q分別對前一級增益放大器輸出的I和Q兩路信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將量化后的數(shù)字信號輸出，以供后面數(shù)字基帶模塊進行處理，兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器I和Q的輸入端連到前一級增益放大器I和Q的輸出端，兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接到芯片的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特征 還在于具有兩種工作模式硬件和軟件鎖定頻段的方式，和兩種工作流程其“工作流程1”1)天線將接收到的射頻信號輸入片外帶通濾波器，信號經(jīng)過帶通濾波器濾波進入芯片 輸入端；寬帶低噪聲放大器對輸入信號放大，然后輸入后一級信號偵聽器；2)信號偵聽器按照加密的頻段搜索算法，對信號進行能量大小檢測；若在約定的頻段 檢測出信號，則將信號頻段鎖定，將信號和鎖定頻段位置信息輸出給下一級頻帶鎖定器；3)頻帶鎖定器根據(jù)上一級輸入的鎖定頻段位置，對經(jīng)低噪聲放大器放大后的射頻信號進行濾波，濾出鎖定頻段外的信號，并將濾波后的信號和位置信息輸出給下一級信號識別 器；4)信號識別器對鎖定頻段的信號通過識別包絡(luò)等信息，初步判定鎖定頻段是否為有效 信號或是干擾；若是判定為干擾信號，則跳回步驟2)；若初步判定為有效信號，則進入下一 步，將鎖定頻段信息輸入下一級主鏈路控制器；5)主鏈路控制器根據(jù)鎖定頻段位置信息配置工作主鏈路工作在鎖定頻段上；6)工作主鏈路開始工作，將芯片輸入端信號經(jīng)低噪聲放大器放大，由混頻器分為I/Q 兩路信號，經(jīng)增益/相位校準器校準，再經(jīng)復(fù)數(shù)濾波器濾波，增益可控放大器放大，最后由 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供數(shù)字基帶模塊處理；7)數(shù)字基帶處理模塊采用密鑰對信號進行驗證，并將驗證信息反饋給信號偵聽器；信 號偵聽器接收密鑰驗證結(jié)果反饋信號，若反饋密鑰正確，則偵聽器完成工作；若反饋密鑰不 正確，則偵聽器繼續(xù)偵聽，跳回步驟2)；8)工作主鏈路和基帶組成射頻接收電路，開始接收數(shù)據(jù)。其“工作流程2”由基帶處理芯片輸出控制信號到主鏈路控制器，直接配置工作主鏈路中各個模塊的參 數(shù)，信號識別和偵聽鏈路停止工作，工作主鏈路和基帶處理芯片直接開始接收數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特征 還在于所述的信號偵聽和識別鏈路自動搜索頻段和檢測頻段內(nèi)是否存在信號，搜索時采 用加密的頻段跳變算法，以達到快速有效的鎖定；檢測是否存在信號通過檢測頻段上信號 能量大小，判斷該頻段是否有信號，初步鎖定檢測頻段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特征 還在于所述的相位/增益校準器和復(fù)數(shù)濾波器組合結(jié)構(gòu)，具有高鏡像抑制比的性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特征 還在于所述的寬帶低噪聲放大器采用共柵輸入的結(jié)構(gòu)，寬帶低噪聲放大器在寬頻帶內(nèi)同 時保持最佳的阻抗匹配和低的噪聲系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特征 還在于所述的頻帶鎖定器是一個帶通濾波器，其帶通頻段根據(jù)控制端輸入?yún)?shù)調(diào)整，濾除 鎖定頻段外的信號，以適應(yīng)不同的工作頻段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特征 還在于所述的信號識別器通過檢測信號的包絡(luò)，初步判定是否為有效信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特征 還在于整個工作頻帶范圍分為若干頻段，所述的整個工作主鏈路模塊低噪聲放大器、頻率 綜合器、復(fù)數(shù)濾波器由所述的主鏈路控制器來設(shè)定工作頻段，配置工作在某個頻段內(nèi)；所述 的低噪聲放大器和復(fù)數(shù)濾波器的中心頻率可調(diào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特征 還在于所述的芯片架構(gòu)硬件自動完成工作鏈路參數(shù)配置，或者采用軟件方法由基帶產(chǎn)生 配置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片，其特 征還在于所述的前端芯片是一片基于CMOS工藝實現(xiàn)的高集成度芯片。
全文摘要
本發(fā)明屬于無線通信電子技術(shù)領(lǐng)域，具體為超寬帶多模式自動識別雙鏈路射頻接收機前端芯片。該接收機前端芯片分為“工作主鏈路”與“偵聽和識別鏈路”；芯片可以自動搜索和識別有效信號的工作頻段并鎖定頻段，然后由主鏈路控制器配置工作主鏈路的可重配置的模塊，組成射頻接收機前端并使之在鎖定頻段內(nèi)接收信號，并且通過數(shù)字基帶密鑰驗證接收信號的正確性，加強了通信的保密性、抗干擾性。本發(fā)明可以設(shè)計成IP核與數(shù)字基帶處理進行單片集成，也可以片外級聯(lián)。該芯片應(yīng)用于對安全性或抗干擾要求較高的實時通信領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于普通的多模式通信領(lǐng)域。
文檔編號H04B1/16GK101882940SQ20101020929
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者洪志良, 蔣俊 申請人:復(fù)旦大學